光电设计实验报告

光电系统设计学号：130402152

姓名：仲路铭

日期：17.1.2

第一章单色仪的研究

1. 系统介绍

本次课程采用WDG系列精密光栅单色仪。它是一种能获得单色辐射的高性能仪器，可以测各种辐射源的光谱分布、探测器的光谱灵敏度、发光材料及光学薄膜的光谱特性等。

整台仪器包括单色仪主体和微机控制系统，单色仪主体上层为光学系统，下层是机械系统。

单色仪外观图1.1

2. 光学原理

图1.2 为光学系统图。进入入射狭缝S1的光线经准直镜M1，变为平行光。由闪耀光栅G色散，经聚焦物镜M2从出射狭缝S2射出单色光。

3. 机械系统

机械系统的功能是实现波长扫描，波长显示，并未微机系统提供控制信号。转动光栅可以在出射狭缝处得到不同波长的单色辐射，为了实现波长线性指示，本仪器采用带有初始角的正弦机构。在微机控制下步进电机经连轴节驱动正弦机构，进行自动扫描。

波长原点向计算机提供波长原点信号，仪器找到波长原点后，显示波长值为“0”，并停机待命。在扫描过程中，正弦机构上的微动开关向计算机提供保护信号，使仪器扫描至终点或反扫描至起点能自动停机。

光栅转动角与丝杆副运动距离的关系

4. 微机系统

单色仪在微机控制下，实现自动扫描、数据采集和数据处理。计算机通过接口及驱动器控制单色仪内的扫描电机和滤光片的动作，实现波长扫描和波长计数。

单色仪给出的光谱信号，经过接收器、放大器和A/D变换器，

由接口送入计算机，数据处理后，分别由显示器显示、打印机记录或

者外存储器存储。

5. 单色仪实验

实验步骤：

（1）调试仪器

（2）自动检测

（3）内部优化

（4）系统运行

（5）扫描出图

6. 实验结果并分析

有四个波长不同的光波

7.实验遇到问题及解决方法

调试没有达到设备运行的要求，需要调节入射光口的大小，调节入

射光的强度，来达到设备运行的要求。

第二章Zemax 光路仿真及相关计算

实验目标：使用Zemax软件设计一个入射狭缝和出射狭缝宽度均为2mm，两反射口径为100mm，闪耀光栅口径为150mm，光入射经平面镜反射到光栅的光程与光从光栅反射再经平面反射镜反射到出射狭缝的光程相等且为500mm，并用多重结构实现闪耀光栅光线的追迹。

1.Zemax软件介绍

Zemax时一套综合性的光学设计仿真软件，是将实际光学系统的设计概念，优化分析，公差等功能为一体的一套综合性光学仿真软件。可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射和绕射等光学模型。

2.实验步骤

（1）在软件中输入数据

（2）优化数据

（3）得出结果图

3. 实验结果

数据及图像

3.实验遇到问题及分析

数据优化的结果不够好，得不出理想的结果。需要不断调试

第三章关键电路仿真模拟

实验目标：使用Multisim软件设计光发射电路和光接收电路。要求发射电路能达到一定的信噪比，并要求发射信号有较高的消光比。整个电路工作在2MHz的频率左右，要求系统有较好的幅频响应。1.电路分析

（1）发射电路：发射电路通过信号源输入数字信号，信号到达LED，通过LED完成电光转换，把数字电信号转换成光信

号，而光信号的强弱分别表示信号的“1”和“0”电平。

（2）接收电路：接收电路通过PIN将发射电路产生的光信号接收，并且转换成数字电信号，随后经过接收电路的放大部分

将有用的数字信号提取放大，并在示波器上显示出来。其中

数字信号频率要求在2MHz左右。

2.实验结果及分析

（1）数字光信号的发射电路：信号源用的是峰峰值为1V，频率为2MHz的矩形波。电阻4 为三极管的b极加偏置，使三极管工作在合适的区域内。电阻6 代替LED进行仿真实验，电阻1 分直流入地，使得LED上的直流分量不要太高，从而达到较好的消光比。电

容2 要求相当小用以滤除电路中的高频成

经图可以看出

信号的幅度：1V

信号的频率：2MHZ

信号的消光比：4.5

经过LED的直流电流大小：

（2）数字光信号的接收电路：由于PIN的输出信号相当弱，所以用一个5mV的电压源代替，信号仍然近似为2MHz的矩形波。电容用

以隔直流，电容引高频信号入地，降低电路中的噪声影响。电阻提供偏置使三极管工作在截止区。

（3）

经图可以看出

信号放大倍数：1.5

信号频率：2MHZ

3.实验遇到问题及解决办法

得不出理想的波形图，需要调节显示图的比例参数。

第四章单片机控制程序设计

实验目标：编写单片机控制程序控制步进电机，使步进电机具有正转、反转、加速、减速和停止工作等状态。

1.步进电机介绍

步进电机是一种将电脉冲转换成角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数控制位移量，通过控制脉冲频率控制电机转动的速度和加速度。

本次实验采用的是四相八拍步进电机。外圈上有八个均匀分布的定子，夹角为45度，各定子上套有线圈，按图绕成A、B、C和D四相绕组。内圈有6个为永磁体的转子。

开关S C首先通电，转子齿0、3与C相绕组对齐。然后在开关S C 继续通电的情况下接通开关S B，这时B相绕组对转子齿2、5产生磁力，使转子顺时针转动，但是C相绕组继续拉住转子齿0、3，因此转子将转到两个磁力平衡为止，即转子顺时针转动了7.5度。接着开关S C断电，开关S B继续通电，这时转子齿2、5和B相绕组对齐，转子又顺时针转动了7.5度。这样如果按照C-BC-B-AB-A-DA-A的顺序轮流通电，转子将持续旋转。